滇東北燕山晚期-早白堊世核桃坪鉛鋅礦床成因鋯石u-pb年代學(xué)和hf同位素制約

滇東北燕山晚期-早白堊世核桃坪鉛鋅礦床成因鋯石u-pb年代學(xué)和hf同位素制約

1成礦時代的不確定性保山地塊是三江地區(qū)的重要構(gòu)造單元。它位于麗江擾動以西、廬江-蘆溪斷裂以東（怒江擾動以西西支）（莫宣學(xué)等人，1993）。該成礦作用主要是制備具有薄金屬、銅、銀、錫、錫等金屬的熱液礦床。其中,賦存在早古生代碳酸鹽巖中的熱液鉛鋅(銅)礦為最重要的礦床類型,典型礦床有如保山核桃坪、鎮(zhèn)康蘆子園、龍陵勐糯鉛鋅礦等。目前,對保山地塊內(nèi)部主要鉛鋅礦成礦作用的動力學(xué)背景尚不清楚,是三江地區(qū)成礦規(guī)律研究中的薄弱環(huán)節(jié)之一。上述一些典型礦床尚缺乏精確的同位素成礦年齡,目前對成礦時代還沒有明確認識,現(xiàn)有研究主要依據(jù)地質(zhì)現(xiàn)象進行推測并存在爭議,一般認為勐興鉛鋅礦的成礦期為早古生代,保山核桃坪、鎮(zhèn)康蘆子園鉛鋅礦與隱伏花崗巖有關(guān)、推測可能為燕山晚期成礦,但也存在不同看法。成礦年代的不確定性已嚴重制約對本區(qū)成礦作用的系統(tǒng)認識和進一步深入研究。本文研究選擇典型礦床之一的保山核桃坪鉛鋅礦及保山地塊內(nèi)部的志本山花崗巖體和柯街花崗巖體為研究對象,開展成礦年齡及成礦背景有關(guān)的年代學(xué)研究,分析成礦的動力學(xué)背景,以期為該區(qū)鉛鋅礦成礦過程和成礦預(yù)測提供進一步研究的基礎(chǔ)。2礦床地質(zhì)特征及區(qū)域地質(zhì)背景2.1昌寧-孟連構(gòu)造帶保山地塊西界怒江斷裂,東界瀾滄江斷裂,北部在碧江一帶由于瀾滄江斷裂和怒江斷裂匯攏而消失,南部延出國境,構(gòu)成滇緬泰馬(Sibumasu)地體的一部分。地塊兩側(cè)邊界曾經(jīng)分別為古特提斯(瀾滄江洋)和中特提斯洋盆(怒江洋)。地塊東側(cè)以崇山群變質(zhì)巖銜接蘭坪-思茅盆地(南部東側(cè)邊界為昌寧-孟連縫合帶),西側(cè)為怒江匯聚接合帶銜接騰沖地塊,被認為是晚古生代時從岡瓦納大陸上分離出來的一個獨立地體(莫宣學(xué)和潘桂棠,2006)。保山地塊為滇緬泰地塊的組成部分,和羌塘地塊、拉薩地塊直到二疊紀時一直位于岡瓦納大陸邊緣,從早二疊世至晚三疊世,羌塘地塊和滇緬泰馬地塊一起快速向北漂移,導(dǎo)致中特提斯洋的張開;從晚三疊世至早白堊世,拉薩地塊快速向北漂移,中特提斯洋進入閉合階段,在晚侏羅世-早白堊世閉合,導(dǎo)致騰沖地塊和保山地塊的碰撞,形成高黎貢碰撞構(gòu)造帶(李朋武等,2005;莫宣學(xué)和潘桂棠,2006)。保山和思茅地塊間的古特提斯洋可能于早志留世張開,晚三疊世古特提斯洋的閉合(洋殼向思茅地塊方向俯沖),形成昌寧-孟連構(gòu)造帶(Wangetal.,2000;Pengetal.,2008)。保山地塊南部出露有早古生代花崗巖,年齡范圍大致在500～470Ma之間,形成于統(tǒng)一的岡瓦納大陸時期(Chenetal.,2007;Liuetal.,2009)?？赡苄纬捎谥行律乃嵝詭r體主要有志本山花崗巖、柯街花崗巖體,可能形成于晚古生代的花崗巖體有木場花崗巖、巖房(大雪山)、耿馬大山巖體(圖1)。石炭(?)-二疊紀有基性火山巖活動(肖龍等,2003),在保山臥牛寺、鎮(zhèn)康(勐汞-木場)等地分布在相應(yīng)的地層中,地塊內(nèi)局部產(chǎn)出可能與玄武巖同期的小型鎂鐵-超鎂鐵巖體并有銅鎳礦化,如保山紙廠銅鎳礦、景谷半坡基性-超基性巖帶等。保山地塊內(nèi)部以沉積建造為主,發(fā)育一套淺海-半深海相碎屑巖、碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖、筆石、頁巖等早古生代臺地沉積,成礦作用主要形成了鐵銅鉛鋅銀汞錫稀有金屬的熱液礦床,其中,賦存在早古生代碳酸鹽巖中的熱液鉛鋅(銅)礦為最重要的礦床類型,典型礦床有如保山核桃坪、鎮(zhèn)康蘆子園、龍陵勐糯鉛鋅礦等。保山地塊和思茅地塊間的昌寧-孟連構(gòu)造帶中有多個火山巖帶,包括晚泥盆統(tǒng)一早石炭統(tǒng)洋脊玄武巖、早石炭統(tǒng)洋島火山巖、早石炭統(tǒng)裂谷型基性火山巖和晚二疊統(tǒng)與洋殼巖石圈俯沖或消減有關(guān)的堿性玄武巖(沈上越等,2002)。構(gòu)造帶上還產(chǎn)出大型的臨滄花崗巖體,長達350km,東西寬10～48km,被認為是古特提斯洋向東俯沖消減碰撞作用的產(chǎn)物(彭頭平等,2006)。保山地塊東側(cè)的思茅地塊以中新生代碎屑沉積建造為主,受印-亞大陸碰撞影響,產(chǎn)出一些中新生代堿性巖體,如永平卓潘巖體等(曾普勝等,2002;董方瀏等,2007),成礦作用有遠溫?zé)嵋恒U鋅礦等(侯增謙等,2006;Houetal.,2007;Xueetal.,2007)。保山地塊和騰沖地塊間的高黎貢碰撞構(gòu)造帶是中特提斯海槽在早侏羅世閉合時騰沖地塊和保山地塊的碰撞所形成。對高黎貢花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb定年表明,巖體形成于早白堊世晚期(126～118Ma),認為其年齡、地球化學(xué)特征與拉薩地塊北緣花崗巖一致,是中特提斯怒江洋洋殼向西側(cè)俯沖和海洋閉合過程的巖漿響應(yīng)(楊啟軍等,2006)。西側(cè)的騰沖地塊,由于強烈隆升及走滑剪切,中元古界高黎貢群變質(zhì)基底大量剝露并產(chǎn)出大量花崗巖及第四紀玄武巖,古生界蓋層只零星出露,以印-亞大陸碰撞時限可分為兩套花崗巖,即碰撞前燕山期花崗巖和碰撞期新生代花崗巖。碰撞前燕山期花崗巖與新特提斯洋殼板片的俯沖有關(guān),侵位時代和巖石組合與西段的岡底斯弧花崗巖基一致;碰撞期新生代花崗巖與燕山期花崗巖相依分布,早期富鉀花崗巖主要集中于騰沖、梁河一帶,晚期二云母花崗巖集中于察隅、波密一帶(董方瀏等,2006),與花崗巖有關(guān)的成礦作用以錫為主及熱泉型、卡林型金礦等(毛景文等,1987;李紅陽等,2001)。2.2全礦金礦核桃坪鉛鋅(銅)礦位于保山地塊北部瓦窯鎮(zhèn),有核桃坪、椅子山、黑巖凹、金廠河等多個礦段(陳永清等,2005;朱余銀等,2006;李志國等,2006;董文偉,2007;薛傳東等,2008)。礦化類型包括矽卡巖型富銅礦體、矽卡巖型磁鐵礦體和矽卡巖型、熱液脈型銅鉛鋅多金屬礦體,礦體主要賦存于寒武系碳酸鹽巖地層中(圖2),圍巖蝕變有矽卡巖化、大理巖化、硅化、黃鐵礦化、綠泥石化、方解石化。礦體主要賦存在大理巖化及矽卡巖化的巖石中,礦體頂板為薄-中層狀大理巖化灰?guī)r、泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r、大理巖;底板以薄一中層狀大理巖化紋層狀、條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r及鈣質(zhì)板巖、泥灰?guī)r為主。礦體主要受斷裂控制,礦體呈似層狀、透鏡狀,總體產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀基本一致(圖3),規(guī)模最大的V1號礦體長度為885m,一般厚度為5.0～12.0m,最大厚度達27.65m,最大傾斜延深大于200m。礦石品位:Pb+Zn為5%～11%(薛傳東等,2008)。礦石礦物有閃鋅礦、鐵閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦等。脈石礦物有石榴石、透輝石、鈣鐵輝石、黑柱石、陽起石、透閃石、綠簾石、綠泥石、石英、方解石、重晶石以及螢石(薛傳東等,2008)。礦區(qū)有大量的矽卡巖產(chǎn)出,顯示本區(qū)銅鉛鋅多金屬礦化與隱伏酸性巖體間的聯(lián)系,目前礦區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)中酸性巖體,保山核桃坪地區(qū)為區(qū)域重力負異常區(qū),預(yù)測深部有隱伏的中酸性巖體。礦區(qū)外圍有多期花崗巖巖體、巖株產(chǎn)出,主要有志本山巖體、鐵廠巖群、花漁村巖體等。礦區(qū)內(nèi)見輝綠巖、輝綠輝長巖出露,長幾米至上百米,最長800m,寬幾厘米到30m(圖2),部分規(guī)模較小的輝綠巖脈沿斷裂、層間破碎帶及構(gòu)造裂隙產(chǎn)出,出露面積幾平方米至幾百平方米(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊,19931)(朱余銀等,2006)。3樣本分析和結(jié)果3.1方法及標準樣品Rb、Sr在石英、硫化物中的賦存狀態(tài)還不十分清楚,但大多數(shù)研究者認為,這些元素主要賦存于流體包裹體中,近年來將硫化物、石英作為Rb-Sr等時線法測定對象的方法,得到了一定重視和發(fā)展(Christensenetal.,1995;PettkeandDiamond,1996;YangandZhou,2001;劉玉平等,2000;王林森和張利,2002;李華芹等,2008;張瑞斌等,2008)。本文采用石英、閃鋅礦等硫化物作為Rb-Sr等時線法的測定對象,人工分選核桃坪鉛鋅(銅)礦礦石中閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦及與礦石礦物密切共生的石英共10件單礦物樣品,進行了Rb-Sr同位素定年分析。分析方法和標樣測定:固體粉末樣品經(jīng)準確稱重,用無機混合酸的消化溶解成清液(鹽酸介質(zhì)),上φ0.9×9cm陽離子交換樹脂柱(AG50W-X8200～400目),2.5MHCl淋洗接收Sr餾份,供質(zhì)譜測定Sr同位素。測Rb、Sr含量要分別加入同位素稀釋劑。樣品中的Rb和Sr元素含量以及同位素比值測定由南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心的英國制造的VG354多接收質(zhì)譜計(Multi-CollectorMassSpectrometer)上完成。實驗測定美國NBS987Sr同位素標準,以86Sr/88Sr=0.1194為標準化值、測得87Sr/86Sr=0.710224±8。分析結(jié)果獲得等時線成礦年齡為116.1±3.9Ma,鍶同位素組成初值為0.71185(表1,圖4)。各個被分析樣品的初始鍶同位素組成87Sr/86Sr(t=116Ma)落在一個較小的范圍內(nèi)(0.7116～0.7120),87Sr/86Sr(t=116Ma)-1/Sr圖解無線性相關(guān)(圖略),從數(shù)據(jù)本身分析,樣品初始鍶同位素組成87Sr/86Sr(i)的變化具有隨機性,等時線年齡應(yīng)為有效年齡。3.2志本山巖體礦物地球化學(xué)特征志本山花崗巖巖體出露在保山地塊北部志本山一帶,分布面積約20km2,由片麻狀黑云母花崗巖,弱片麻狀斑狀二云母花崗巖、中粗粒等粒二云母花崗巖、中細粒二云母花崗巖和淺色花崗巖等組成的復(fù)式巖體、包含混合巖化形成的混合花崗巖、片麻巖及深熔形成的巖漿結(jié)晶花崗巖(云南省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊,19792)。研究所用的樣品二云母花崗巖呈灰白色,中細?；◢徑Y(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為斜長石40%,微斜長石25%,石英30%,云母5%。斜長石呈半自形晶,板柱狀,粒徑0.5～3.5mm,個別呈聚片雙晶,多為更長石;微斜長石呈半自形晶,板柱狀,粒徑0.4～3.8mm;石英呈不規(guī)則粒狀分布。副礦物有磁鐵礦、鋯石等。在柯街巖體采集的樣品為黑云母花崗巖。對志本山花崗巖、柯街花崗巖樣品測定了主量、微量元素組成(表2、表3)。根據(jù)主量元素組成,志本山花崗巖、柯街花崗巖為高鉀過鋁質(zhì)花崗巖(圖5)。在球粒隕石標準化后的稀土配分形式圖上看到(圖6),兩個花崗巖樣品的稀土總量都較高,輕重稀土分異強烈,輕稀土高度富集,Eu異常顯著(柯街二云母花崗巖樣品KJ)或不明顯(志本山黑云母花崗巖樣品Z3)。2個花崗巖樣品的鋯石都是從大約5kg巖石中經(jīng)人工重砂、重液、電磁儀等多種方法分離,并在雙目顯微鏡下挑出無色透明、無裂痕、無包體的鋯石。首先將其鑲嵌在環(huán)氧樹脂中并拋光,然后進行鋯石的光學(xué)、CL顯微圖像及U-Pb年齡分析及Hf同位素聯(lián)機LA-ICP-MS分析.分析測試在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成,分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法參見文獻(Liuetal.,2009)。鋯石形態(tài)特征如圖7所示,形態(tài)上呈自形粒狀,在CL圖像上顯示振蕩環(huán)帶發(fā)育,表現(xiàn)為酸性巖漿結(jié)晶鋯石的特征。一小部分鋯石顆粒內(nèi)部有繼承鋯石內(nèi)核,本次未對可能存在的繼承鋯石進行分析。柯街花崗巖樣品鋯石粒徑一般50～100μm,志本山花崗巖鋯石部分較大粒徑一般50～200μm。鋯石U-Pb定年分析結(jié)果如表4,采用Isoplot3程序(Ludwig,2003)計算,志本山巖體鋯石樣品U-Pb平均年齡為126.7±1.6Ma(如圖8a),柯街巖體鋯石樣品U-Pb平均年齡93±13Ma(如圖8b)。鋯石Hf同位素組成如表5,志本山花崗巖鋯石的εHf(t=126Ma)值變化范圍-3～-6,其虧損地幔Hf模式年齡值(tDM2)相對集中于1.4～1.6Ga。柯街花崗巖鋯石的εHf(t=93Ma)值0值附近,變化范圍-0.7～-4,其虧損地幔Hf模式年齡值(tDM2)相對集中于1.2～1.4Ga之間。4討論4.1核桃坪鉛鋅礦核桃坪鉛鋅礦礦床賦存在早古生代碳酸鹽巖中,礦石硫化物Rb-Sr同位素等時線成礦年齡為116.1±3.9Ma,成礦時代與賦礦地層存在顯明時差,說明礦床不可能為噴流沉積成礦。其成礦時代與志本山等花崗巖體的形成年齡基本一致,反映礦床成因上可能與燕山期構(gòu)造-巖漿活動有關(guān)。核桃坪地區(qū)為區(qū)域重力負異常區(qū),地球化學(xué)異常區(qū)內(nèi)均有或強或弱的親酸性巖元素異常(如W、Sn、Bi等),推測有隱伏巖體存在(符德貴等,2004;董文偉,2007)。薛傳東等(2008)分析認為,地表大量的矽卡巖分布,顯示本區(qū)銅鉛鋅多金屬礦化與隱伏酸性巖體間的聯(lián)系,隱伏巖體可能為矽卡巖化、銅鉛鋅多金屬礦化提供熱源和流體基礎(chǔ),同時也可為礦化富集提供了物質(zhì)來源。因此,可以認為核桃坪鉛鋅礦為與隱伏花崗巖有關(guān)的矽卡巖型-巖漿熱液型礦床。礦石硫化物Sr同位素組成初值0.71185,較成礦期時圍巖地層寒武系灰?guī)r的Sr同位素組成(0.710左右)略高(Burkeetal.,1982),大致相當(dāng)于保山地塊同期花崗巖初始Sr同位素組成(如志本山花崗巖為0.716810,張玉泉等,1990),反映出礦床成因上可能與花崗巖巖漿活動有直接關(guān)聯(lián)。陳永清等(2005)對核桃坪礦床茅竹棚礦段矽卡巖型礦石中的方鉛礦硫同位素組成分析結(jié)果為1.95‰～0.99‰,反映了深部巖漿硫源的同位素組成特點。薛傳東等(2008)研究表明,V1礦體中礦石的石英δ18O水值變化范圍為6.1‰～7.6‰,平均為6.7‰,其δDV-SMOW值變化范圍為-100‰～-108‰,平均-104‰,說明成礦流體主要來自深部巖漿分異水,并在后期成礦作用過程中有地層建造水和大氣降水的加入;礦石中方解石的δ13CV-PDB和δ18O水值分別為-6.6‰～-5.9‰和5.0‰～5.2‰,反映成礦流體的碳、氧具有深部流體與圍巖發(fā)生交代反應(yīng)的特征。這些礦石礦物同位素特征的研究成果均指示成礦流體具深部巖漿來源的特點。4.2志本山、柯街火山巖形成時代及巖漿源區(qū)已有研究認為,羌塘-保山地塊與拉薩地塊之間的中特提斯洋在早二疊世開始形成,碰撞拼合的時間可能自晚侏羅世(約159Ma)開始、早白堊世末(約99Ma)完成,形成班公湖-怒江縫合帶構(gòu)造(莫宣學(xué)和潘桂棠,2006),包括騰沖地塊和保山地塊的碰撞形成高黎貢碰撞構(gòu)造帶。對高黎貢花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb定年研究表明,巖體形成于早白堊世晚期(126～118Ma),被認為是中特提斯怒江洋閉合過程的巖漿響應(yīng)(楊啟軍等,2006)。志本山、柯街花崗巖鋯石U-Pb年齡分別為126.7±1.6Ma和93±13Ma,與班公湖-怒江洋所代表的中特提斯洋的閉合時代大致相當(dāng),和高黎貢花崗巖基本同期,地球化學(xué)性質(zhì)上也與高黎貢花崗巖相似。志本山、柯街花崗巖的Lu/Hf比值相近,在0.12左右,明顯高于騰沖地塊東側(cè)混合巖(0.04～0.06)(陳福坤等,2006),也明顯高于形成于500Ma左右的騰沖地塊平達花崗巖(0.001～0.015)(Chenetal.,2007;Liuetal.,2009),而與高黎貢花崗巖相當(dāng)(0.05～0.13)(楊啟軍等,2006)。根據(jù)志本山、柯街花崗巖Lu/Hf比值(0.12)估算巖漿源區(qū)176Lu/177Hf為0.017(假定巖漿形成演化基本沒有Lu、Hf分異并按同位素自然比例計算),兩階段演化模式如圖9所示,其虧損地幔Hf模式年齡大致在1.2Ga至1.6Ga之間,與高黎貢花崗巖Nd同位素虧損地幔模式年齡(集中在1.3～1.4Ga)相近(楊啟軍等,2006),反映志本山、柯街花崗巖源區(qū)可能是與高黎貢花崗巖源區(qū)相似的基底地殼,巖漿主要來源于中元古代地殼物質(zhì)。志本山、柯街花崗巖的鋯石Hf同位素組成遠遠低于虧損地幔,與岡底斯南緣花崗巖(εHf(170Ma)=+14.1～+17.7)(張宏飛等,2007)明顯不同,而且地塊內(nèi)缺乏相應(yīng)的火山巖建造,結(jié)合Nd同位素虧損地幔模式年齡,分析認為保山地塊在白堊紀的構(gòu)造-巖漿活動與俯沖作用無關(guān),其花崗巖的產(chǎn)出是由于地殼碰撞加厚引起地殼重熔形成的,花崗巖具有過鋁質(zhì)性質(zhì),也表明為巖漿活動與地殼縮短加厚作用有關(guān)(廖忠禮等,2006;張宏飛等,2007),花崗巖可能形成于碰撞造山帶后造山的拉張構(gòu)造背景中(吳福元等,2007;范蔚茗等,2009)。志本山、柯街花崗巖的地球化學(xué)組成與變質(zhì)雜砂巖熔出熔體相當(dāng)(圖10),結(jié)合微量元素及鋯石Hf同位素組成特點分析認為,巖漿來源于中、下地殼前寒武紀變質(zhì)巖的深熔作用,花崗巖源區(qū)成分以變質(zhì)雜砂巖為主。4.3礦物學(xué)及成礦作用根據(jù)本文分析結(jié)果及有關(guān)研究成果認為,保山地塊在早古生代、印支期、燕山晚期和喜山期出現(xiàn)過花崗質(zhì)巖漿活動。早古生代(500Ma左右)的巖漿活動表現(xiàn)形成了平達巖體(Chenetal.,2007;Liuetal.,2009),同期成礦作用形成了勐糯鉛鋅礦(Liuetal.,2009);印支期的巖漿活動形成的巖體有木場花崗巖、巖房(大雪山)、耿馬大山巖體,成因上可能與古特提斯洋的閉合(晚三疊世)有關(guān)(彭頭平等,2006),在昌寧-孟連構(gòu)造帶主要形成與島弧火山巖有關(guān)的礦產(chǎn),如老廠鉛鋅礦等(龍漢生等,2009),該期在保山地塊內(nèi)部的成礦作用尚不清楚。燕山期的巖漿活動形成的巖體有志本山、柯街巖體等、包括混合巖化作用,相關(guān)的成礦作用形成了如保山核桃坪、鎮(zhèn)康蘆子園鉛鋅礦;喜山期的巖漿活動主要是受新特提斯印度板塊向歐亞板塊碰撞造山影響(鐘大賚等,2001;畢獻武等,2005;Chenetal.,2009;董方瀏等,2006),有關(guān)成礦作用如云龍鐵廠錫礦。與保山核桃坪、鎮(zhèn)康蘆子園鉛鋅礦有關(guān)的燕山晚期巖漿活動,其動力學(xué)背景為中特提斯海槽閉合造山。由于騰沖地塊和保山地塊的碰撞形成高黎貢碰撞構(gòu)造帶,同時保山地塊內(nèi)部也受